Способ подготовки столбов при отработке пластов антрацита струговым комплексом

Изобретение относится к области горного дела к разработке угольных месторождений. Способ подготовки выемочных столбов при отработке пластов антрацита с кливажными трещинами струговым комплексом, включающий установку рабочего органа стругового комплекса параллельно направлению кливажных трещин, отличающийся тем, что при отработке антрацита повышенной крепости перед началом работы стругового комплекса, производят нагнетание воды в пласт повышенного давления через скважины, пробуренные поперек трещин кливажа, расположенных на расстоянии друг от друга, позволяющем образовать единую зону увлажнения. Изобретение позволяет увеличить нагрузку на лаву, улучшить технико-экономические показатели и обеспечить безопасные условия работы. 1 ил.

 

Цена антрацита определяется, прежде всего, его сортностью, чем крупнее сорт, тем стоит он дороже, при примерном равенстве остальных качественных показателей.

Основные запасы антрацита в России находятся в Восточном Донбассе. Разведанные запасы составляют 6 млрд. т, прогнозных насчитывается еще 6 млрд т. Большинство разведанных пластов антрацита отличаются повышенной крепостью. На шахте «Садкинская» разрабатывают самый крепкий из всех пластов антрацита - и с ярко выраженными трещинами. С коэффициентом крепости δ=2,5-3. При такой крепости антрацита становится неприемлемым использование для его выемки стругового комплекса. Для отработки этого же пласта спроектированы еще две шахты: «Садкинское-Восточная», «Садкинское-Северное», для выемки угля с такой крепостью запроектированы только очистные комбайны, такие же, как и на шахте «Садкинское».

На шахте «Обуховская» с проектной можностью 3 млн т в год, отрабатывающее пласт К2 имеющего природную трещиноватость - кливаж, направленную по падению пласта с коэффициентом крепости М.М. Протодьяконова f=2-2,5, на первом горизонте шахты выемку антрацитов производили струговыми комплексами, но в связи с низкой их производительностью из-за крепости угля, вынуждены были от них отказаться и перейти на комбайновую выемку, антрацита, на все последующие горизонты. С такой крепостью угля 2-2,5 добывать уголь комбайнами и шахта «Шерловская-Наклонная».

При такой крепости антрацитов становиться неприемлемым использование для его выемки стругового комплекса - главного поставщика средних и крупных его сортов. Для выемки такого угля применяются в лавах «Садкинской» и других антрацитовых шахтах очистительные комбайны, которые значительно измельчают антрацит, после обогащения на выход шахта имеет: штыба - 40%, мелкого - 12%, ореха - 10%, кулака всего - 1%. В прошлом, в Краснодонецком шахтоуправлении, когда еще работали врубмашины, из этого же пласта кулака и плиты выходило 52%. В то же время известно, например, шахта «Юбилейная» в Ростовской области добывала антрацит только струговыми комплексами, где крепость угля позволяла их применить, и имела на выход штыба всего 15%, правда, не имея своей обогатительной фабрики, вынуждена была транспортировать свой рядовой уголь на соседнюю шахту «Аютинская» с обогатительной фабрикой и терять на перегрузках еще больше 2% на штыбе, то есть 17%.

В связи с этим, методом сравнения нетрудно посчитать, если удается, например добывать на шахте «Садкинская» уголь струговыми комплексами, при примерной цене 1 т штыба 2000 руб., а средних и более крупных сортов всего 4000 руб. за 1 т, то при выходе штыба всего 15% дополнительного выручка составит 1,5 млрд руб. в год при добыче 3 млн т в год рядового угля. Тоже ожидается и по другим антрацитным шахтам.

В связи с этим, предлагается рассмотреть предварительно поэтапно элементы практических результатов, достигнутых в прошлом, в Краснодонецком шахтоуправлении, разрабатывающей этот же пласт , но чрезвычайно газоносного, с позиции современной техники и технологий с целью перехода антрацитных шахт на струговую выемку угля, и за счет увеличения, выходя средних и крупных сортов антрацита значительно увеличить ее экономическую эффективность.

В 1963 г, в шахтоуправлении «Краснодонецкое» комбината «Ростовуголь», разрабатывавшем высокогазоносный пласт (мощностью 0,95-1,65 м, относительная газообразность 106,5 м³/т), при бурении двух разведочных скважин на воду было замечено обильное газовыделение из них: одна из скважин была направлена по восстановлению пласта, а вторая - близко к простиранию. Особенно интенсивно газ выделялся из последней скважины, расположенной поперек кливажным трещинам.

Как показал в дальнейшем анализ, из скважин, пробуренных по простиранию пласта, поперек кливажных трещин, газа выделилось в десятки раз больше, чем из скважин, пробуренных по восстановлению пласта, вдоль кливажных трещин. Количество выделяемого газа из скважин определялось при свободном его использовании газосветчиком ГКФ.

С учетом достигнутого положительного результата в шахтоуправлении «Краснодонецкое» абсолютное газовыделение рабочего пласта уменьшилось на 44-50%, была принята и внедрена схема бурения скважин для дегазации рабочего пласта, что позволило увеличить нагрузку на лаву, улучшить технико-экономическое показатели и обеспечить безопасные условия работы.

К сожалению, буровые станки 60-х годов XX века не обладали производительным и направленным бурением, были громоздкими, способными бурить с нескольких попыток до 100 м. В связи с этим дальнейшее развитие дегазации неразгруженного пласта было приостановлено.

В результате опыта, полученного в Краснодонецком шахтоуправлении, было установлено, что пласт обладает наибольшей проницательной способностью вдоль кливажа для воздуха, так и для воды и, наоборот, с наименьшей поперек кливажу.

М.В. Попов и др. «Способ дегазации незагруженных угольных пластов», Журнал «Безопасность труда в промышленности». №4. 1969. Патент на изобретение №2442899 «Способ дегазации незагруженных угольных пластов». Патентообладатели Попов Михаил Владимирович; Попов Евгений Михайлович. Приоритет изобретения 25 июня 2010 г.

В Краснодонецком шахтоуправлении, обрабатывающем пласт с относительной газообразностью 106,5 м³/т, возникла необходимость в проведении навстречу проходимому сверху вниз по углю (с подрывкой породы) фланговому шурфу №1 большой протяженности сбойки снизу вверх по углю под углом 14⁰. Но буровзрывной способ на сверхкатегорной шахте по метану при проведении выработок, тем более по углю (снизу вверх), по условиям безопасности недопустим, да и сам пласт антрацита с коэффициентом крепости угля по шкале проф. М.М. Протодьяконова 2,5 -3,6 не мог быть отработан с использованием других известных способов выемок угля в таких условиях.

Среди антрацитных шахт ОАО «Ростовуголь» антрацит Краснодонецком шахтоуправлении был одним из самых крепких, что не позволило применять в лавах для выемки угля струговые комплексы, так как рабочий орган струга не мог скалывать уголь такой крепости.

В результате было принято решение, в которое мало кто верил, проходить выработку с выемкой угля отбойными молотками после предварительного опережающего увлажнения пласта. В центе выработки с ее параметрами 2×1,4 м бурили шпур глубиной 2,5 м и нагнетали воду пласт (по качественным показателям близка к питьевой) под давлением 11 МПа (110 атм) в течение 1-1,1 час до тех пор, пока оно не начинало резко падать. При нагнетании воды в пласт слышится множественный треск разной громкости, сопровождаемый периодическими глухими ударами. После окончания нагнетания воды в пласте двое рабочих очистного забоя производили выемку угля отбойными молотками с подвиганием забоя на 2 м до конца смены. При этом эти рабочие очистного забоя ранее никогда не работали отбойными молотками, не имели навыков работы с ними. Кроме того, они же в начале смены сами себе в забой доставляли эмалированный рештак и лес для крепления забоя на 2 м.

После окончания выемки угля периодически из забоя бурили шпуры в бока выработки для определения ширины зоны увлажнения, которая составляла 1-1,2 м. При переходе в неувлажненный антрацит сопротивление бурению резко возрастало, заметно увеличилось выделение метана из пробуренного шпура. Установлено, что зона увлажнения поперек кливажу достигала 4-4,5 м. Из всех операций, выполняемых рабочими в смене, на выемку угля оставалось не более 3 часов при шестичасовом рабочем дне. В сутки четыре смены по 6 часов проходили 8 м выработки по углю отбойными молотками, а за месяц до сбойки - 182 м. Эксперимент удался.

См. Патент на изобретение №2466277 «Способы проведения горных выработок в шахтах, опасных по газу метану». Патентообладатели: Попов Михаил Владимирович, Попов Евгений Михайлович. Приоритет изобретения 15 октября 2010 г.

Главным критерием истины, определившим успех, было то, что под давлением 110 атм в течение 1-1,1 ч. Антрацит потерял крепость до минимума, что позволило успешно производить его выемку отбойными молотками.

При нагнетании воды в пласт происходят физические процессы и химические реакции. Под большим давлением водой разрушаются связи в угле, значительно снижает его крепость. Таким образом, в результате вода служит весьма реакционно-способным веществом. При соединении с водой оксиды многих металлов и неметаллов образуют основания и кислоты, а некоторые соли - кристаллогидраты.

К сожалению, уровень техники 60-х годов XX века, прежде всего буровые станки, были громоздкими, способными бурить в пределах 100 м, но они послужили прототипом для создания современных буровых установок направленного бурения, способных бурить скважины по углю до 2-х км, а за смену - 500 м.

У нас есть так же установки в Кузбассе служащие для дегазации пластов. Этот уровень техники бурения позволяет решить и другие задачи, включая и нагнетания воды в пласт под высоким давлением.

Вода при повышенном давлении в нетронутом горными рабочими целике пласта антрацита, проникает трещины, где в древности в период миграции жидкости насыщенной разными веществами, оставались в сухой отработке оксиды: SiO₂; Ае₂О₃; Fe₂O₃; CaO; MgO; Na₂O; K₂O; MnO₂; T₂O₂; Р₂О₃; SO₃ и другие.

Ангидрид серы SO₃, например, соединяясь с водой, образует серную кислоту SO₃+H₂O=H₂SOH с сопровождением бурной реакции.

Необходимо отметить повышенное, как правило, устойчивое давление, при нагнетании воды в целик пласта от давления при увлажнении его водой, в целях снижения запыленности, когда в зоне опорного давления лавы, где пласт в разных условиях, до 100 м впереди нее подвергается структурному изменению. Причем, это расстояние и соответственно давление при нагнетании может меняться в зависимости от шага посадки кровли, до нагнетания воды в скважине (шпуры) из лавы, для увлажнения не обладает повышенным давлением. Графически подготовка выемочного столба, для выемки антрацита с повышенной крепостью, струговый комплекс на фиг, где изображен подготовленный столб антрацита 1 с его выемкой вдоль кливажа пласта. Кливаж 2 выражен трещиноватостью по падению-восстанию пласта. Скважины 3 направленного бурения при программном обеспечении, пробурены по простиранию пласта поперек кливажа. Насыщенный водой пласт антрацита 4 под высоким давлением. Начало выемки антрацита изображен струговый комплекс 5, расположенный рабочим органом, вдоль кливажных трещин смонтирован ленточный конвейер 6.

При проектировании горных работ на месторождении антрацита с повышенной крепостью и кливажем по углю выемочные столбы располагать так, чтобы в лавах рабочий орган струга стругал параллельно кливажным трещинам.

Перед осуществлением изобретения необходимо выполнять, ряд подготовительных работ. Самое главное - это определить зону в пласте насыщенности после повышенного нагнетания воды, поперек кливажных трещинах. Найти расстояние между скважинами для образования единой зоны увлажнения пласта, установить расстояние при расположении запорного устройства от устья скважины, предупреждающей преждевременный прорыв воды, при нагнетании до полной зоны насыщения. Перед нагнетанием воды в пласт в столбе пласта, не должно быть никаких подготовительных работ, целик должен быть единый, монолитный, ничто не должно мешать для его полного насыщения водой. Учитывать что диаметр скважины, нового поколения буровых станков составляет 96 мм, то запорное устройство должно выдерживать давление, при повышенном давлении воды не менее 150 ати, буровые станки нового поколения предназначены для дегазации метана с пласта, с вакуумом менее 1 ати с соответствующим замерным устройством. В предлагаемых условиях запорное устройство требует замены, задача выполнима.

Наибольший прием пласта при предварительном нагнетании воды произойдет при поперечном расположении скважин к кливажу, ибо согласуется с предлагаемой подготовкой лав, располагая скважины на таком удалении, друг от друга, чтобы образовалась единая зона надежного увлажнения со снижением крепости антрацита.

Полное насыщение неразрушенного угольного пласта водой значительно снижает запыленность при его эксплуатации.

Проводить нагнетание воды под давлением в неразрушенный пласт угля выемочного столба следует до проведения нарезных работ по углю в нем и появления опорного давления в лаве, которое так же способствует ослаблению крепости пласта.

Очень важен конечный результат. Выход штыба при добыче угля струговым комплексом по предлагаемой технологии, не должен превышать 15% и шлама до 1%. Требуется после теоретического и экономического расчета, практически получить результаты работы стругового комплекса с предварительным нагнетанием воды повышенного давления и сравнить результаты выручки и прибыли двух способов выемки, хотя результаты выемки струговым комплексом очевидны.

Способ подготовки выемочных столбов при отработке пластов антрацита с кливажными трещинами струговым комплексом, включающий установку рабочего органа стругового комплекса параллельно направлению кливажных трещин, отличающийся тем, что при отработке антрацита повышенной крепости перед началом работы стругового комплекса, производят нагнетание воды в пласт повышенного давления через скважины, пробуренные поперек трещин кливажа, расположенные на расстоянии друг от друга, позволяющем образовать единую зону увлажнения.